基于创新项目驱动的机械国际班工程训练课程教学模式的研究和实践

段春争+杨春+姜开宇+徐晓慧+李喆+梁延德+张红哲

摘要：本文以大连理工大学机械国际班工程训练课程改革试点为例，研究并实践了一种基于创新项目驱动“赛教结合”的新型工程训练教学模式。该教学模式将工程素质培养贯穿于工程训练的教学全过程，对于培养复合型、创新型和应用型的高质量人才具有重要的意义。

关键词：工程训练；教学模式；项目驱动；赛教结合

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）23-0148-03

一、引言

进入21世纪以来，世界各国的高等教育事业得到快速发展，学生的培养模式随之发生深刻变化，已经形成了一种新型的教育理念，即高等教育应该培养符合社会需求的创新型人才。高等教育理念也随之发生了根本性的变革，为迎接新形势的人才培养质量的挑战，大部分国内外高校尤其是工科院校调整了办学指导思想，把培养学生的实践能力提升到重要位置。改革高等工程教育的人才培养模式，强化工程实践教学环节，已经成为了高等工程教育改革的中心课题[1，2]。

在工科高等院校人才培养过程中，工程训练是一个很好的培养创新意识和工程素质的实践教学环节，也是融合了知识、素质、能力和创新的综合性训练课程，工程训练教学环节可以很好地弥补课堂理论教学的不足。通过大量的实际操作训练，并结合理论知识，学生分析和解决工程问题的能力会明显提升。同时，当实践中遇到问题时，学生通过查阅相关书籍获得解决问题的方法，加深了对课堂知识的理解。通过工程训练的环节，实现了理论知识和实践训练的互动，符合知识积累的规律，能够培养出真正具备创新精神和工程素质的高水平人才[3，4]。

我校的机械设计制造及其自动化国际班于2011年开始招生，针对机械国际班工程训练课程的教学模式进行探索和实践的主要意义在于：（1）与国际接轨，培养国际化的高素质人才。国际班的培养计划是在借鉴了国外著名高校同类专业的基础上制定的，其目标定位是培养具有国际化视野和跨文化的交流、竞争与合作能力的现代高级复合型精英人才，其中工程训练是主要的实践课程之一，对培养学生创新能力和分析解决实际工程问题的能力具有重要的作用。因此，借鉴国外高校的先进经验，改革国际班的工程训练课程教学模式对于提高国际化人才的培养质量具有重要的意义。（2）全面改革工程训练教学模式和教学体系的需要。尽管目前的工程训练教学还存在很多问题，但是由于工程训练是全校所有工科学生的必修课程，涉及的人数众多，实施进一步的深入改革会遇到很多困难。国际班人数较少，教学改革的实施相对容易，教改效果的跟踪和评价容易实现，因此，以机械国际班为改革试点，采取以点带面、循序渐进、最终全面实施改革的方式应该是一种最佳选择。

二、教学模式的研究

针对机械设计制造及其自动化专业国际班工程训练课程，对工程训练的教学模式、教学内容和教学方法进行一系列的探索和实践，构建一种基于创新项目驱动的机械国际班工程训练课程新型教学模式，具体的内容如下：

（一）建立创新项目驱动的课程内容体系，培养学生的工程意识和创新能力

以产品为载体，以项目带动训练，训练内容从以单元模块为中心转变为以创新项目为中心，将车、钳、铣、磨、铸、锻、热、焊、数控加工、电加工、激光加工、快速成型等制造工艺各模块的训练内容进行有机整合。首先给出项目任务，以项目引发的问题为主线，课程内容通过循序渐进和由浅入深的方式展开。其次，学生对产品进行综合分析，例如可行性分析、功能和性能分析、结构分析以及外形设计分析等，然后再根据专业知识和原理进行创新设计，选择制造模块并进行工艺设计，最后进行加工和装配，形成创新产品。通过创新项目牵引，学生既能对各个工种以及各工种之间的关系有深刻的认识，又能掌握各种创新方法，学生的综合运用知识分析和解决工程问题的能力明显提升，实现了提升实际操作能力、制造工艺能力、创新设计能力、工程管理能力、团队协作能力等综合工程素质的培养目标。

（二）将竞赛训练模式引入工程训练教学体系

全国大学生工程训练综合能力竞赛的目的在于培养大学生的创新意识、工程应用能力与团队协作精神，促进理论与实践的有机结合，基础知识与综合能力的提升，促进各高校提高工程实践和工程训练教学改革和教学水平。但是，参赛学生毕竟只是各专业选拔出来的少数学生，受众面小，不能达到全面提高学生培养质量的目的。因此，基于创新项目驱动的培养理念和内容体系，将竞赛训练模式引入工程训练教学体系。可以将学生分为若干小组，以小组为单位，首先安排学生查找资料，进行独立思考，设计和制作出无碳小车，然后进行无碳小车竞赛，以小车的制造质量、实际动手操作能力、小车相關的设计文件以及设计方案的答辩成绩来衡量学生工程训练能力的高低。通过实施“赛教结合”的工程训练新型教学模式，不仅能够强化学生的创新实践能力，而且可以培养学生的团队意识，提高学生的意志品质，最终达到培养学生综合创新能力的目的。

（三）打破传统师傅带徒弟式的授课方式，采用学生为主体、教师指导为辅的研究型教学方法

以项目引发的问题为主线，开展以学生主动创造、主动参与和知识共享为动力机制的教学过程，立足于学生自主学习、探索、研讨为主，教师给予提示、答疑，引导、鼓励和帮助学生去发现、分析和解决问题。在教学过程中，学生自主设计和讨论项目方案，自主制订加工工艺和选择加工设备和工具，独立完成加工操作。在整个教学过程中，指导教师提出问题，让学生思考并体会零件设计和加工的系统过程和具体方法，感悟产品设计和制造中的工程内涵，引导学生了解各种加工方法和设备。最后，要求学生对整个工程训练过程进行总结，撰写工程训练报告，更进一步地深入体会工程训练课程的内涵。在教学过程中始终以学生为主体，改变传统师傅带徒弟式的教学方法，将每个工种的工程训练内容相互融合，形成在创新项目驱动下问题探索式的研究型实践教学方法。通过这种研究型的教学方法，贯彻做学融合、知行统一的工程训练教学理念，使学生在这样的探索式学习过程中获取工艺知识，锻炼创新意识，培养工程实践能力，提高综合素质。

三、教学模式的实践

（一）设计基于创新项目驱动的工程训练教学体系

无碳小车创新项目是全国大学生工程训练大赛经常采用的竞赛题目，经过多年的竞赛，取得了成功的经验。将竞赛训练模式引入工程训练教学体系，选择无碳小车的设计和制造，将其作为工程训练的项目案例。为了确保教学质量，要制定教学实施计划，编写英文教学大纲，整合教学内容，制定将训练内容从原来的以单元模块为中心转变为以项目设计知识为主线、逐步引出知识点、全面提高学生综合能力的教学方案。编写英文电子教案、制定统一的工程训练教学计划、使用统一的视频资料库和课件、购买材料和零件，以满足学生项目制作的需求。

（二）针对机械国际班，实施基于创新项目竞赛机制的工程训练教学模式的改革

首先，对学生进行分组，教师为学生介绍无碳小车的设计和制造要求。然后，分阶段实施教学改革：

1.设计实施阶段。以课题小组为单位，收集资料、项目设计、画出构思示意图，最后画出装配图和零件图，并进行相关计算与部件的选型。在设计实施阶段，学生必然会遇到各种问题，这时老师仅起引导和答疑的作用，要迫使同学们通过自主学习的方式，去学习工程技术项目创新实践中必须要用到的知识点。在这个阶段，教师需要精心设置互动环节，在每个设计阶段要求学生上讲台用英文讲解设计方案，通过环环相扣的问题促使学生思考、讨论，对存在的疑问和难点采用自主学习、讨论学习和查找资料等方式解决。课堂上师生之间积极对话、讨论、辩驳，形成“猜想与反驳”的课堂讨论气氛。教学手段上采用多媒体和网络教学手段、放映动画、引用图例、演示实物以及网络资源，产生一种图文并茂、情景交融的教学效果。培养学生发现问题与综合分析问题的能力，增强探索研究的气氛和创新意识，提高学生的学习主动性和积极性。

2.产品制造阶段。在这个阶段，学生需要将自己设计的无碳小车制作加工成真实的产品，该阶段也是工程训练创新实践的一个重点阶段。学生必须自主选择加工方式、加工设备和工具、自主制订加工工艺，并完成加工操作。指导教师进行质疑，引导学生思考，让其体会零件加工的系统过程和具体方法，引导学生了解各种先进的加工技术和设备。教师随时针对学生提出的问题进行解答与讲授，比如讲解相关工种的操作技能等；也要引导学生通过参考书学习有关工艺知识、加工参数的选择、工艺文件的编制等。提供互联网或局域网络，让学生充分利用现代工业经常利用的元素。在这一过程中，注意引导学生树立质量意识、工艺意识等。让学生在经历“设想—创意—设计—制作—作品”的全过程中，培养学生的创新意识和创新思维。

3.竞赛阶段。学生以小组为单位参加竞赛，在这个阶段，学生可以有两次竞赛的机会，通过第一次竞赛，发现设计和制造中的问题并改进；通过第二次竞赛最终评定无碳小车的水平和质量是否达到规定要求。通過设置竞赛单元，让学生提高产品的质量意识、竞争意识和团队意识。

4.创新训练报告。在完成项目设计、制造的全过程后，要求学生写出研究报告和工作总结。训练报告要求全英文撰写，包括无碳小车设计图纸、无碳小车设计和制造说明书、方案设计（包括车架，原动机构，传动机构，转向结构，行走机构和微调机构等）、技术设计（包括小车的能耗分析，运动学分析，动力学分析，零部件设计和整体设计）、小车的制作和调试（包括加工工艺方案分析报告，小车的调试和改进方法）等。通过工程训练报告，培养学生对技术文件的整理和总结以及论文撰写能力。

5.项目验收答辩。项目设计和制作以及竞赛完毕后，主讲教师组织进行答辩，答辩全程需要使用英语，各课题组的同学必须利用15分钟的时间来讲解和回答设计方案的制定思路、技术难点、技术重点的解决方法等方面的问题。通过答辩，培养学生的沟通交流和英语口语表达能力。

6.实施多元化课程考核方法。基于上述的多阶段、多培养目标的课程内容体系，实施包括创新设计考核、创新制作考核、创新竞赛考核、工程训练报告考核以及项目验收答辩考核等成绩评定方法，根据不同阶段在工程训练课程体系中的重要性，设计各阶段的考核权重，最终形成多元化的综合性考核模式。

7.收集教改实践中的问题。进一步改进教学内容和教学方法，经过“调研—研究—实践—再研究—再实践”的反复过程，构建完善的基于创新项目竞赛机制的工程训练教学体系，带动全校工科专业工程训练教学改革的全面实施。

四、结束语

在大工程背景下，目前的实践教学模式越来越不适合现代工程发展对人才的需要，以大连理工大学机械学院国际班为试点，改革传统的实践教学理念，进行全新的工程训练教学模式的探索与实践，构建将工程素质培养贯穿全过程的工程训练教学体系，对于培养复合型、创新型和应用型的高质量人才，具有重要的意义。

参考文献：

[1]缪宪文，左延红.国内外高校工程训练现状及发展途径[J].安徽建筑工业学院学报（自然科学版），2007，15（6）：45-48.

[2]杨沁，王瑞芳，高玉华.论工程训练中创新的类型及要素[J].合肥工业大学学报（社会科学版），2004，18（5）：170-173.

[3]安丽桥，吕恬生，褚正弟，徐丽华.结合工程项目进行基础工程训练[J].实验室研究与探索，2003，22（2）：11-14.

[4]韩同样，邢书明，张若达，胡燕士.研究型工程训练模式的探索与实践[J].实验技术与管理，2011，28（3）：252-255.

Research and Practice on Teaching Mode of Engineering Training Course of Mechanical International Class Based on Innovation Project

DUAN Chun-zheng，YANG Chun，JIANG Kai-yu，XU Xiao-hui，LI Zhe，LIANG Yan-de，ZHANG Hong-zhe

（School of Mechanical Engineering，Dalian University of Technology，Dalian，Liaoning 116024，China）

Abstract：In this paper，taking the reform of engineering training course for mechanical international class in Dalian University of Technology as an example，a new engineering training teaching mode based on innovation project driven "combination of competition and tea